JPH09143691A

JPH09143691A - 成膜・熱処理装置

Info

Publication number: JPH09143691A
Application number: JP32828495A
Authority: JP
Inventors: Shinpei Jinnai; 新平陣内
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1995-11-22
Filing date: 1995-11-22
Publication date: 1997-06-03

Abstract

(57)【要約】【課題】同一処理容器内で成膜処理と熱処理を行なう
ようにした成膜・熱処理装置を提供する。【解決手段】真空引き可能になされた処理容器１０
と、この処理容器内に設けられて、被処理体Ｗを載置保
持するための載置台１２と、前記処理容器内に成膜用の
処理ガスを供給するための処理ガス供給手段３８と、前
記被処理体に金属膜或いは金属含有膜を形成するために
前記被処理体を成膜温度に加熱した後に前記膜に対して
熱処理を施すために前記成膜温度よりも高い熱処理温度
に前記被処理体を加熱する加熱ランプ手段２８とを備え
るように構成する。これにより、加熱ランプ手段の発熱
量を切り替えることにより、成膜処理と熱処理とを同一
処理容器内で連続的に行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエ
ハの表面に金属膜や金属含有膜の成膜と、この膜のアニ
ールやリフロー等の熱処理を施す成膜・熱処理装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術一般に、半導体デバイスの製造工程においては、ゲー
ト、ソース、ドレインなどの各種電極用に、或いは回路
の配線用にアルミニウム膜やタングステン膜などの金属
膜やタングステン、チタン、モリブデンなどの金属のシ
リコン化合物であるシリサイド、或いはこれらの金属の
窒素化合物よりなる金属含有膜が形成される。また、最
近においては、高密度及び高集積化の要請に応じて回路
構成を多層配線構造にする傾向にあり、この場合、下層
デバイスと上層アルミ配線との接続部であるコンタクト
ホールやヴィアホールなどの埋め込みに際しても金属膜
や金属含有膜の成膜が行なわれる。【０００３】このように金属膜や金属含有膜の成膜は、
一般的にはスパッタ操作やＣＶＤ操作により行なわれる
が、成膜時点においては膜中に欠陥等が生じている恐れ
があることからこれをなくすために成膜後に熱を加えて
アニール処理を行なったり、或いは回路パターンの表面
凹凸が膜表面に直接反映されると配線の破断の原因にな
ったり、この成膜の上層に積層すべきデバイスなどに悪
影響を与えることから、熱を加えて成膜に粘性流動を起
こして膜表面を平滑化するリフロー処理が行なわれる。

【０００４】図６はこのリフロー処理を示す説明図であ
り、例えば図６（Ａ）に示すように表面に凹部２のある
下層４の表面に金属膜或いは金属含有膜などの成膜６を
ＣＶＤやスパッタにより施しただけでは、この成膜の表
面にも下層４の凹凸が反映してしまう。この現象は、ス
テップカバレージが良好なＣＶＤ成膜よりも、方向性の
高いスパッタ成膜においてより顕著である。そこで、図
６（Ｂ）に示すようにこの凹凸をなくすために、ウエハ
全体を成膜の溶融温度程度の高い温度に加熱して成膜６
に粘性流動を起こし、これにより凹部２を埋め込んで成
膜６の表面を平滑化するというリフロー処理を行なって
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般的には、上述のよ
うな処理の流れは、まず、成膜装置でスパッタやＣＶＤ
操作により半導体ウエハ上に成膜を施し、成膜後のウエ
ハを成膜装置から取り出して、これを次の熱処理装置へ
搬送し、ここで、ウエハを高い温度に晒してアニール処
理やリフロー処理を行なうようになっている。しかしな
がら、従来のこの一連の流れにおいては、成膜後のウエ
ハを成膜装置から熱処理装置へ搬送するまでの間にウエ
ハを大気に晒してしまうことから、例えばウエハに自然
酸化膜やパーティクルが付着する恐れがあり好ましくは
なかった。しかも、成膜装置と熱処理装置がそれぞれ必
要とされ、設備コストも増大するという問題もあった。

【０００６】また、アニールやリフロー等の熱処理は、
処理効率を考慮して複数枚のウエハを同時に処理するバ
ッチ方式を採用していることから、成膜後からアニール
操作までのウエハに対する時間管理も行なわなければな
らず、管理が面倒であった。本発明は、以上のような問
題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたもの
である。本発明の第１の目的は、同一処理容器内で成膜
処理と熱処理を行なうようにした成膜・熱処理装置を提
供することにある。本発明の第２の目的は、成膜された
被処理体を大気に晒すことなく熱処理炉へ搬送するよう
にした成膜・熱処理装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、真空引き
可能になされた処理容器と、この処理容器内に設けられ
て、被処理体を載置保持するための載置台と、前記処理
容器内に成膜用の処理ガスを供給するための処理ガス供
給手段と、前記被処理体に金属膜或いは金属含有膜を形
成するために前記被処理体を成膜温度に加熱した後に前
記膜に対して熱処理を施すために前記成膜温度よりも高
い熱処理温度に前記被処理体を加熱する加熱ランプ手段
とを備えるようにしたものである。

【０００８】第２の発明は、真空引き可能になされた筒
体状の処理容器と、この処理容器内に設けられ、被処理
体を載置保持する載置台と、この載置台を前記処理容器
の高さ方向に沿って昇降移動させる昇降移動機構と、前
記処理容器内に成膜用の処理ガスを供給する処理ガス供
給部と、前記被処理体を成膜温度に加熱して金属膜或い
は金属含有膜を形成するための第１の加熱手段と、この
第１の加熱手段から離れた位置に設けられ、前記膜に対
して熱処理を施すために前記被処理体を前記成膜温度よ
りも高い熱処理温度に加熱する第２の加熱手段とを備え
るように構成したものである。

【０００９】第３の発明は、被処理体に金属膜或いは金
属含有膜を形成する枚葉式の成膜処理炉と、この成膜処
理炉にて成膜の施された前記被処理体に対して熱処理を
施すための熱処理炉と、内部に被処理体を搬送するため
の搬送手段を有して前記成膜処理炉と前記熱処理炉とに
共通に接続された真空引き可能な共通搬送室とを備える
ように構成したものである。

【００１０】第１の発明によれば、処理容器内の載置台
上に保持された被処理体は、加熱ランプ手段により成膜
プロセス用の温度に維持されて、この状態で処理ガス供
給手段から成膜用の処理ガスを流し、所定のプロセス圧
力を維持しつつ、金属膜或いは金属含有膜を成膜させ
る。成膜処理が終了したならば、処理ガスの供給を停止
し、次に、加熱ランプ手段の出力を上げて、被処理体を
熱処理温度に維持し、リフローやアニールなどの熱処理
を施す。金属膜としては例えばアルミニウム膜を成膜す
るが、この場合、処理ガスとしては粘度の高い液状のＤ
ＭＡＨ（ジメチルアルミニウムハイドライド）を蒸気化
させたものを用いる。この時、成膜温度は、例えば１６
０℃〜２５０℃の範囲であり、熱処理温度は、成膜温度
より高い、例えば４００℃〜８００℃の範囲内である。
これにより、被処理体を大気に晒すことなく成膜処理か
ら熱処理へ移行することが可能となる。また、熱量の大
きな加熱ランプ手段による昇温のために、成膜温度から
熱処理温度までの昇温を迅速に行なうことができる。

【００１１】第２の発明によれば、処理容器内の載置台
上に保持させた被処理体を、載置台を移動させることに
よって処理ガス供給部の近傍に位置させ、この状態で第
１の加熱手段によりこれを成膜温度に維持しつつ処理ガ
ス供給部から容器内に処理ガスを供給し、成膜を行な
う。この場合、容器内は所定のプロセス圧力に維持され
ているのは勿論である。成膜処理が終了したならば、処
理ガスの供給を停止し、載置台を降下させてこれを第２
の加熱手段を設けたところに位置させる。この第２の加
熱手段は、予め通電されて熱処理温度に加熱されてお
り、従って、載置台を降下させると同時に、成膜の施さ
れた被処理体は直ちに熱処理操作に移行することにな
り、ロス時間が少ない。ここで、成膜の一例としては第
１の発明と同じアルミニウム金属膜を挙げることがで
き、成膜温度及び熱処理温度は前述の通りである。この
場合にも、成膜処理と熱処理とを同一チャンバ内で行な
うことができ、被処理体を途中で大気に晒すこともな
い。

【００１２】第３の発明によれば、まず、被処理体は成
膜処理炉内で前述したと同様に成膜温度に加熱された状
態で処理ガスに晒されて成膜処理を行なう。成膜処理が
終了したならば、この被処理体をこの成膜処理炉から取
り出してこれを予め真空状態に維持された共通搬送室を
介して熱処理炉へ搬入する。熱処理炉へ搬入された被処
理体はここで熱処理温度に加熱されて前述と同様に熱処
理が施されることになる。この場合にも、被処理体を大
気に晒す事無く成膜処理から熱処理へ移行することが可
能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る成膜・熱処
理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１
は第１の発明に係る成膜・熱処理装置を示す全体構成図
であり、同一のチャンバ内で成膜処理と熱処理を行ない
得るようになっている点が特徴である。ここでは、膜と
して金属膜であるアルミニウム膜を成膜する場合を例に
とって説明する。

【００１４】この成膜・熱処理装置８は、例えばアルミ
ニウム等により円筒状或いは箱状に成形された処理容器
１０を有しており、この処理容器１０内には、表面がＳ
ｉＣによりコーティングされた肉厚が例えば数ｍｍのカ
ーボン製の載置台１２が、底部より起立させて設けた例
えば石英製の厚さ数十ｍｍの円筒状の断熱性支柱として
の第１の断熱部材１４上に周縁部を離脱可能に支持して
設置されている。この載置台１２の上面の凸部に被処理
体としての半導体ウエハＷが載置される。この第１の断
熱部材１４の外周には、載置台１２の保温性を確保する
ために僅かの間隙を隔てて厚さ数十ｍｍ程度の例えば石
英製の円筒状の第２の断熱部材１６が同心円状に配置さ
れている。

【００１５】処理容器１０の肉厚な底部には、比較的大
きな開口が形成されており、この開口の外側には、下方
に向けて凸状になされた透明材料、例えば石英製の透過
窓１８が気密に取り付けられている。このように透過窓
１８を下方に向けて凸状に形成する理由は、真空雰囲気
となる処理室に向けて加わる外部からの圧力に対して断
面円弧状として強度を増すためである。また、この開口
の内側には、多数のガス孔２０を有する同じく透明材
料、例えば石英製の薄板状のガス整流板２２が設けられ
ている。

【００１６】更には、この透過窓１８の下方には、水冷
された回転テーブル２４上に配置された多数の加熱ラン
プ２６を有する加熱ランプ手段２８が設置されており、
このランプ２６からの熱線が、透過窓１８及びガス整流
板２２を透過して載置台１２を裏面から加熱し、これに
よりウエハＷを間接的に加熱するようになっている。図
示例にあっては、５個の加熱ランプ２６が記載されてい
るが、実際にはウエハサイズにもよるが、例えば８イン
チサイズのウエハの場合には１個６５０Ｗ程度の容量の
ハロゲンランプを２３個程度設ける。各ランプ２６は、
リード３２により、出力電力が可変になされたランプ電
源部３４に接続されており、成膜処理時と、アニール処
理やリフロー処理等の熱処理時とで異なる電力をランプ
２６に供給するようになっている。この加熱ランプ手段
２８の全体は、ケーシング３６に覆われており、このケ
ーシング３６内は高温になることから、冷却する目的で
ケーシング内には例えば冷却風が流通されている。

【００１７】一方、この処理容器１０の天井部には、上
記載置台１２と平行するように対向させて処理容器内へ
処理ガス等を供給するために処理ガス供給手段としての
シャワーヘッド部３８が設けられている。このシャワー
ヘッド部３８は、例えばアルミニウムにより全体が円形
の箱状に成形されると共にその下面であるガス噴射面４
０には例えば直径が数ｍｍ程度の多数のガス噴射孔４２
が形成されており、これより下方に向けて処理ガスを噴
射し得るようになっている。シャワーヘッド部３８内に
は、１枚或いは複数枚（図示例では２枚）の整流板４
４、４４が設けられており、各整流板４４、４４には多
数の拡散孔４６が形成されている。各拡散孔４６及びガ
ス噴射孔４２は、上下方向に一直線状に配列しないよう
に例えば上下方向において千鳥状に配置されており、流
れるガスを効果的に整流し得るようになっている。

【００１８】このシャワーヘッド部４４には、ガス供給
通路４８を介して処理ガスを形成するための原料液、す
なわちＤＭＡＨ（ジメチルアルミニウムハイドライド）
５０を貯留する原料液タンク５２に接続されており、そ
の先端は液状のＤＭＡＨ５０中に浸漬されている。この
ＤＭＡＨ５０は、常温では８０００ｃｐ（センチポア
ズ）と非常に粘度が高くて圧送し難いことからタンク５
２の全体がオーブン５４内に収容されて、例えば５０℃
程度に加熱してその粘度を２０００ｃｐ程度まで低下
し、流れ易くしている。

【００１９】このガス供給通路４８には、その上流側よ
り下流側に向けて開閉弁５６、液体用マスフローコント
ローラ５８及び気化器６０が順次介設されており、粘度
が低下された状態で圧送した液状ＤＭＡＨを気化器６０
にて気化して処理ガスを形成し、これを上記シャワーヘ
ッド部３８へ導入するようになっている。そして、この
ガス供給通路４８及びこれに介設されるマスフローコン
トローラ５８や気化器６０は、例えばテープヒータ６２
により巻回されており、ＤＭＡＨの低粘度化を維持でき
る温度、例えば５０℃及び処理ガスが再液化せず、しか
も熱分解しない温度、例えば６０℃〜８０℃の範囲に加
熱している。気化器６０には、気化ガス管６４を介して
気化ガスとして例えは水素ガスを貯留するＨ₂ ガスボン
ベ６６が接続されており、マスフローコントローラ６８
に流量制御されたＨ₂ ガスが気化器６０へ供給される。

【００２０】また、上記原料液タンク５２には、不活性
ガスとして例えばＨ₂ ガスが貯留されたＨ₂ ガスボンベ
７０が、開閉弁７４を介設した圧送管７２を介して接続
されており、その導入端は、ＤＭＡＨ５０の液面の上方
に位置されて、例えば５ｋｇ／ｃｍ² の圧力でＤＭＡＨ
を圧送するようになっている。この圧送管７２は、途中
で分岐されており、この分岐管７６は途中に開閉弁７８
及びマスフローコントローラ８０を介設して気化器６０
の上流側のガス供給通路４８に接続されて、熱処理時に
処理容器１０に不活性ガスを供給するようになってい
る。ここでは、圧送ガスと熱処理時の不活性ガスを同一
ボンベから供給しているが、これらを異なるボンベから
供給してもよく、また、種類の異なる不活性ガス、例え
ばＡｒガス、窒素ガス等を用いるようにしてもよい。

【００２１】処理容器１０に戻って、処理容器１０の側
壁には、ウエハＷを搬入・搬出する際にロードロック８
との間を開閉するゲートバルブ８４が設けられると共に
図示しない真空ポンプに接続された排気口８６が設けら
れる。この排気口８６は、処理室内の雰囲気を載置台の
周辺部から均等に排気するために容器底部に設けるよう
にしてもよい。また、容器底部には、図示されていない
がこれを冷却するための冷却ジャケットが設けられる。

【００２２】さて、ウエハＷを処理容器１０内へ搬出入
させるには、載置台の上方にてウエハを昇降させたり、
或いはウエハを載置台１２上に固定する必要がある。そ
のため、載置台１２の外周側には、ウエハリフトアーム
８８を有するウエハリフタ９０やウエハ押さえアーム９
２を有するウエハクランプ９４が容器底部を貫通して昇
降可能に設けられている。各貫通部には、気密性を維持
しつつ昇降を許容するベローズ９６が設けられる。この
場合、上記したウエハリフタ９０やウエハクランプ９４
は、比較的熱に弱いことから載置台１２の周囲に設けた
第１及び第２の断熱部材１４、１６だけでは断熱性が十
分ではない。そのため、第２の断熱部材１６の外周にリ
ング状の保護リング９８を設けて、載置台１２を同心円
状に囲んでいる。

【００２３】容器底部には、これより透過窓１８の内側
に臨ませて設けた噴射ノズル１００が設けられており、
この噴射ノズル１００は配管１０２を介してＨｅ等の不
活性ガスを貯留する不活性ガス源１０４に接続されてい
る。また、この配管１０２の途中には開閉弁１０６及び
流量を制御するマスフローコントローラ１０８が介在さ
れており、流量を制御しつつ載置台１２の裏面側にＨｅ
ガスを供給することにより、載置台１２と第１の断熱部
材１４との間の間隙に逆圧が加わり、処理ガスが侵入す
ることを防止してガス整流板２２や透過窓１８への成膜
の付着を防止し得るようになっている。

【００２４】次に、以上のように構成された第１の発明
の動作について説明する。まず、ロードロック室８２か
ら運ばれてきた未処理の半導体ウエハＷは、開かれたゲ
ートバルブ８４を介して処理容器１０内へ搬入され、予
め加熱ランプ２６によりプロセス温度或いはそれ以下に
昇温されている載置台１２の所定の位置に、ウエハリフ
タ９０を昇降することにより載置させ、これをウエハク
ランプ９４により固定する。

【００２５】次に、不活性ガス源１０４からの不活性ガ
スを載置台の下方から載置台１２の裏面側空間に供給し
て、処理室内を真空引きしつつ所定のプロセス圧、例え
ば２Ｔｏｒｒ程度に維持する。これと同時に、加熱ラン
プ２６の出力を上げて、ウエハＷを所定のプロセス温
度、例えば２００℃まで昇温して安定化させた後、シャ
ワーヘッド部３８から処理ガス、すなわちＨ₂ のキャリ
アガスに搬送されたＤＭＡＨの気化ガスを所定量供給
し、金属アルミニウム膜の成膜を開始する。アルミニウ
ム膜の成膜温度は、膜の電気的特性を維持するためには
１６０℃〜２５０℃の範囲内に設定し、且つプロセス圧
力は０．５Ｔｏｒｒ〜２００Ｔｏｒｒの範囲内に設定す
る。

【００２６】処理ガスの供給に際しては、オーブン５４
により原料液タンク５２内のＤＭＡＨ５０は常時、略５
０℃に温められてその粘度を２０００ｃｐ程度まで下げ
て流れ易くしており、この状態で流体用マスフローコン
トローラ５８により流量制御されつつ気化器６０へ導入
され、ここで気化されて処理ガスとなって上述のように
シャワーヘッド部３８より処理容器１０内へ供給する。
このようにして、所定の時間だけ成膜処理を行なって成
膜処理が完了したならば、処理ガスの供給を停止し、こ
れと同時にＨ₂ ガスボンベ７０から分岐管７６を介して
Ｈ₂ ガスを流し、これを処理容器１０内へ導入して残留
するＤＭＡＨの処理ガスを真空引きしてパージする。こ
のパージ操作と同時にランプ電源部３４の出力電力を上
げて加熱ランプ２６への供給電力を増大させ、ウエハを
熱処理温度まで昇温して熱処理へ移行する。

【００２７】熱処理温度は、上述のようなＡｌ膜の場合
には、４００〜５００℃の温度範囲であり、詳しくは、
アニールを行なう場合には４００℃に近い温度に加熱
し、成膜表面を平滑化するリフローを行なう場合には５
００℃に近い温度まで加熱してＡｌ成膜に流動性を持た
せるようにする。この時のプロセス圧力は、不活性ガス
雰囲気供給下で常圧で行なってもよいし、或いは例えば
５Ｔｏｒｒ程度の真空雰囲気中で行なってもよく、プロ
セス圧力は限定しない。

【００２８】また、成膜処理からアニールやリフローの
熱処理へ移行するにはプロセス温度を例えば２００℃か
ら４００℃へ或いは５００℃へ上昇させなければならな
いが、ここでは加熱方式として加熱ランプ手段２８を用
いているので、供給熱量を迅速に且つ大幅に変更するこ
とができる。例えば、２００℃から５００℃まで昇温す
るには、ウエハサイズが８インチの場合には２分程度を
要するのみであり、昇温時間のロスが非常に少ない。従
って、昇温に無駄な時間を費やすことなく成膜処理から
熱処理へ移行することが可能となり、スループットも高
く維持することができる。

【００２９】このようにして、ウエハに対する熱処理が
終了したならば、処理容器１０内をロードロック室と略
同圧になるように圧力調整し、ゲートバルブ８４を開に
して処理済みのウエハＷを搬出すればよい。このよう
に、第１の発明においては、発熱量が多くて、高速昇温
が可能な加熱ランプ手段を用いて、低温で金属膜を成膜
した後、直ちにウエハを昇温して熱処理へ移行するよう
にしたので、無駄に時間をほとんど費やすことなく成膜
処理から熱処理へ移行でき、従って、スループットを低
下させることなく同一のチャンバ内で成膜処理と熱処理
を行なうことができる。また、成膜処理から熱処理へ移
行する際に、ウエハを大気中に晒すことがないので、自
然酸化膜や大気中のパーティクルの付着を未然に防止す
ることができる。

【００３０】上記実施例では、金属膜としてアルミニウ
ム膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限
定されず、他の金属膜としてＷ（タングステン）膜、Ｔ
ｉ（チタン）膜を成膜する場合にも適用でき、更には金
属膜に限定されず、ＷＳｉｘ（タングステンシリサイ
ド）、ＴｉＮ（無機及び有機）等の金属含有膜を形成す
る場合にも適用することができるのは勿論である。

【００３１】ＨｉｇｈＴｅｍｐ（高温）のＷＳｉｘの
成膜温度は、４００℃〜６００℃の範囲、好ましくは５
２０℃で、ＬｏｗＴｅｍｐ（低温）のＷＳｉｘの成膜
温度は、２５０℃〜４００℃の範囲、好ましくは３５０
℃であり、熱処理温度はともに８００℃〜９００℃の範
囲内である。更に、無機のＴｉＮの成膜温度は、４５０
℃〜５００℃の範囲内、有機のＴｉＮの成膜温度は２５
０℃〜３５０℃の範囲内であり、熱処理温度は、キャパ
シタ用は共に５００℃程度まであり、コンタクト用では
７００℃程度までである。このようなアルミニウム膜以
外の金属膜及び金属含有膜にも適用できる点は、後述す
る第２及び第３の発明においても同様である。

【００３２】次に、第２の発明について説明する。上述
した第１の発明については、１つの加熱源の発熱量を切
り換えて成膜処理と熱処理を行なうようにしたが、次に
説明する第２の発明においては、２つの加熱源を用いて
成膜処理と熱処理とを同一チャンバ内の異なる場所で行
なうようにしている。図２は第２の発明の成膜・熱処理
装置を示す全体構成図、図３はシャッタ板の動作を示す
動作説明図である。

【００３３】この成膜・熱処理装置８は、大きく分けて
被処理体である、例えば半導体ウエハＷに成膜処理や、
アニールやリフロー等の熱処理を施す処理部１１０とこ
の下方に位置されてウエハの搬出入を行なう搬出入部１
１２とよりなり、上記処理部１１０は、ウエハに成膜エ
リア１１４ＡとウエハＷに熱処理を施す熱処理エリア１
１４Ｂとよりなる。この装置８は、例えば高純度の石英
よりなる下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器
１１６を有しており、この処理容器１１６の上側半分は
成膜エリア１１４Ａとして形成され、下側半分は熱処理
エリア１１４Ｂとして形成される。そして、この容器１
１６内にウエハＷを載置するための載置台１１７が後述
するように上下方向に移動可能に設けられる。成膜エリ
ア１１４Ａの下端側壁には、例えば石英製の処理ガス導
入パイプ１１８が貫通して設けられ、このパイプ１１８
は容器内壁に沿って上方へ導かれると共にその先端１１
８Ａは容器内の天井部に向けて開放されて処理ガス供給
部１１９を構成している。

【００３４】また、この処理ガス導入パイプ１１８に
は、ガス供給通路４８が接続され、このガス供給通路４
８は、図１に示すと同様な処理ガス供給系を有してお
り、処理ガスとして例えばＤＭＡＨの気化ガスを供給し
得るようになっている。また、このパイプ導入部の反対
側の容器側壁には、図示しない真空ポンプに接続される
排気ポート１２０が設けられており、容器内を真空引き
できるようになっている。処理容器１６の天井部の上方
には、第１の加熱手段として面状発熱体１２２が天井部
全面を覆うようにして設けらており、容器内の載置台１
１７上のウエハＷを例えば成膜温度に加熱し得るように
なっている。この面状発熱体１２２は、例えば２珪化モ
リブデン（ＭｏＳｉＯ₂ ）、または、鉄とクロムとアル
ミニウムの合金線であるカンタル（商品名）等の抵抗発
熱体を例えば平面的に渦巻状に巻回することにより構成
される。この面状発熱体１２２及び成膜エリア１１４Ａ
の処理容器１１６を覆って例えばアルミナセラミック等
よりなる断熱材１２４が設けられており、この内部を保
温するようになっている。

【００３５】上記面状発熱体１２２の内側には、容器天
井部を覆うようにして均熱部材１２６が配置されてお
り、面状発熱体１２２からの熱をウエハＷに対して均一
に与えるようになっている。この均熱部材１２６として
は、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）等の汚染度が比較的低く
て耐熱性が良好な材質が選択される。また、処理容器１
１６の天井部の上面側には、載置台１１７上のウエハＷ
と平行となるように平板状の熱量調整用均熱体１２８が
設けられる。これは先の均熱部材１２６と同様な材質、
ＳｉＣにより構成されてウエハＷと略同一直径になされ
ており、被処理体の中央部に対応する領域での輻射熱を
一次的に蓄積させて二次輻射させるように構成すること
により、周縁部と比較して、温度が高くなりがちなウエ
ハ中心部の温度を低下せしめ、全体としてウエハの面内
温度の均一化を図るようになっている。

【００３６】また、熱処理エリア１１４Ｂに対応する処
理容器１１６の側壁には、第２の加熱手段として筒体状
発熱体１３０が設けられており、このエリアに位置され
るウエハＷをアニールやリフロー等の熱処理温度に加熱
し得るようになっている。この筒体状発熱体１３０は、
例えば上記面状発熱体１２２と同様な材料、例えば２珪
化モリブデン等の抵抗発熱体よりなり、これを円筒状に
巻回することにより構成されている。この筒体状発熱体
１３０の外周全体は、例えばアルミナセラミックよりな
る断熱材１３２により覆われており、内部を保温するよ
うになっている。

【００３７】一方、上記処理容器１１６の下端には、例
えばステンレスよりなる円筒状の搬出入用容器１３４が
フランジ部１３６でもって連結されており、両容器の内
部は連通されている。この搬出入用容器１３４の下部の
側壁には、ウエハの搬出入時に開閉されるゲートバルブ
１３８が開閉可能に設けられており、このゲートバルブ
１３８は、ロードロック室８２に連結されて、ウエハの
受け渡しを搬出入用容器１３４内の降下状態の載置台１
１７との間で行ない得るようになっている。また、搬出
入用容器１３４の上部側壁には、この容器１３４の下部
を密閉するためのシャッタ手段１４０、１４０を設けて
いる。各シャッタ手段１４０、１４０は、容器中心に対
して反対側に設けられており、各シャッタ手段１４０
は、図３に示すように先端部に半円状の凹部１４２Ａを
有する半円状のシャッタ板１４２と、これに接続される
シャッタロッド１４４と、このロッド１４４を出没させ
る例えばエアシリンダよりなるロッド駆動部１４６とよ
りなり、両シャッタ板１４２を反対方向から容器中心部
に出没させてこのシャッタ板１４２を境にして容器１３
４内を上下に区画し、容器内の上方の輻射熱が下方に伝
わることをできるだけ防止し得るようになっている。

【００３８】また、２つのシャッタ板１４２の先端の凹
部１４２Ａが組み合わさることで、挿通孔１００を形成
し（図３（Ｂ）参照）、載置台１１７の支持ロッド１４
８の上下動を許容している。また、各ロッド駆動部１４
６の先端部側には、容器１３４内の気密性を保持しつつ
ロッドの出没を許容するベローズ１５２が設けられてい
る。そして、この搬出入容器１３４の側壁及び上端のフ
ランジ部１３６には、これを冷却するための冷却水を流
す水冷ジャケット１５２が設けられており、この容器が
過度に加熱されるのを防止している。

【００３９】一方、載置台１１７を保持する支持ロッド
１４８は、搬出入用容器１３４の底部１３４Ａを貫通し
て上下方向に沿って気密性を保持しつつ昇降可能に設け
られる、載置台１１７を成膜エリア１１４Ａから搬出入
容器１３４の底部との間に沿って移動し得るようになっ
ている。この容器の底部１３４Ａのロッド貫通部には、
例えば磁性流体を用いたシール構造１５４が採用されて
おり、上述のように気密性を保持しつつロッド１４８の
上下方向への移動を許容している。この支持ロッド１４
８の下部は、昇降アーム１５６に保持され、このアーム
１５６は、例えばボールネジとナットとを組み合わせて
なる昇降移動機構１５８により連結されており、ロッド
１４８を上下動させている。また、この支持ロッド１４
８の下部には、図示しない駆動モータに連結されたベル
ト１６０を巻き付けたプーリ１６２が設けられており、
処理時に載置台１１７を所定の回転数で回転し得るよう
になっている。尚、このベルト１６０に連結される駆動
モータ（図示せず）も昇降移動機構１５８の上下動に追
従して上下動するのは勿論である。

【００４０】次に、以上のように構成された第２の発明
の動作について説明する。まず、ロードロック室８２か
ら運ばれてきた未処理の半導体ウエハＷは、開かれたゲ
ートバルブ１３８を介して搬出入用容器１３４内に導入
され、最下端部に位置された載置台１１７（一点鎖線で
示される）上にこれを受け渡し、保持させる。処理容器
１１６及び搬出入用容器１３４を含む容器内全体は予め
真空引きされており、しかも、処理容器１１６の天井部
の上方に設けた第１の加熱手段１２２は予め通電され
て、成膜エリア１１４Ａ内を成膜温度、例えばアルミニ
ウム成膜を行なう場合には２００℃程度に加熱されてい
る。

【００４１】さて、搬出入用容器１３４内に搬入されて
載置台１１７上に受け渡された未処理のウエハＷは、昇
降機構１５８を駆動させて支持ロッド１４８を上昇させ
ることにより、処理容器１１６の上部である成膜エリア
１１４Ａ内に位置される。載置台１１７（実線で示す）
を成膜エリア１１４Ａに位置させた状態で、ウエハＷを
プロセス温度に維持してＤＭＡＨの気化ガスよりなる処
理ガスを処理ガス供給部１１９より処理容器１１６の内
部に供給しつつ、プロセス圧力、例えば２Ｔｏｒｒを維
持し、金属アルミニウムの成膜処理を行なう。この時の
温度、圧力、処理ガス等のプロセス条件は、第１の発明
の場合と同様である。面状発熱体１２８からの輻射熱
は、均熱部材１２６及び加熱調整用均熱体１２８の作用
により均等にウエハを加熱し、この面内温度均一性を保
証することができる。

【００４２】また、この成膜処理中においては、搬出入
用容器１３４に設けた２つのシャッタ手段１４０を駆動
してシャッタ板１４２を前進させておくことにより、容
器１３４内を上下に区画しておき、上方の処理容器１１
６側の輻射熱がなるべく下方の搬出入部１１２に入って
こないようにし、この部分の温度上昇を抑制する。この
ようにして、所定の時間だけ成膜処理を行なって、成膜
処理が完了したならば、処理ガスの供給を停止し、これ
と同時にＨｅガス等不活性ガスを処理容器１１６内へ導
入して残留するＤＭＡＨの処理ガスを真空引きしてパー
ジする。このパージ操作と同時に、或いは完了した後、
昇降機構１５８を駆動して支持ロッド１４８を僅かに下
方へ移動させ、載置台１１７を一点鎖線で示すように熱
処理エリア１１４Ｂへ移動させ、ウエハＷに対してアニ
ールやリフロー等の熱処理を施す。この場合、第２の加
熱手段１３０は、予め熱処理温度、本実施例の場合は、
第１の発明の場合と同様に４００℃〜８００℃の範囲内
に加熱されており、従って、昇温に要する時間が不要と
なるので載置台１１７の移動と同時に熱処理へ移行する
ことができる。熱処理条件は、第１の発明の場合と同様
であり、従って、この熱処理温度も、Ａｌ膜のアニール
処理の場合には４００℃近傍、リフロー処理の場合は５
００℃近傍となる。

【００４３】そして、所定の時間の熱処理が終了したな
らば、シャッタ板１４２を退避させた状態で再度、昇降
機構１５８を駆動させて支持ロッド１４８を降下させ、
載置台１１７を搬出入用容器１３４の最下端部へ位置さ
せる。そして、ロードロック室８２との間の圧力調整を
行なったゲートバルブ１３８を開いて処理済みのウエハ
Ｗを搬出すればよい。この第２の発明も、第１の発明と
同様な作用効果を示し、成膜エリア１１４Ａで成膜処理
を行なった後、予め熱処理温度に維持されている熱処理
エリア１１４ＢへウエハＷを移動させるようにしたの
で、同一のチャンバ内で無駄な時間を費やすことなく成
膜処理から熱処理へ移行することができ、スループット
も高く維持することができる。しかも、同一チャンバ内
で２つの処理を行なうことからウエハＷの移送の間にこ
れを大気に晒すこともなく、自然酸化膜やパーティクル
の付着する恐れもない。尚、この第２の発明において
は、第１及び第２の加熱手段１２２、１３０として抵抗
発熱体を用いたが、これに代えて第１の発明と同様な加
熱ランプを配置するようにしてもよい。また、Ａｌ膜の
金属膜の他、Ｔｉ、Ｗ等の金属膜或いは金属含有膜の成
膜の場合にも本発明を適用し得るのは第１の発明の場合
と同様である。

【００４４】次に、第３の発明について説明する。前述
した第１及び第２の発明においては同一チャンバ内にて
成膜処理と熱処理とを連続的に行なうことによりウエハ
を大気に晒すことのないようにした装置であるが、第３
の発明は、成膜用のチャンバと熱処理用のチャンバを別
個に設け、これらを真空状態に維持された共通搬送室で
連絡することによりウエハを大気に晒すことなくチャン
バ間を搬送するようにしたものである。図４は第３の発
明の成膜・熱処理装置を示す概略平面図、図５は熱処理
を行なう熱処理炉を示す全体構成図である。図示するよ
うにこの成膜・熱処理装置８は、２つの成膜処理炉１６
４、１６４と、１つの熱処理炉１６６と、これらと別個
のゲートバルブＧ１、Ｇ２、Ｇ３を介して共通に接続さ
れる共通搬送室１６８とにより主に構成されており、い
わゆるクラスタツール化されている。

【００４５】また、共通搬送室１６８には、ゲートバル
ブＧ４を介して密閉状態になされたカセット室１７０が
接続されており、この中には複数枚のウエハＷを収容す
るカセット１７２を載置するカセット台１７４が昇降可
能に設けられる。このカセット室１７０には、外部との
間でカセット１７２の搬入・搬出を行なうために開閉可
能になされたカセットドアＧ５が設けられ、必要に応じ
てカセット１７２の出し入れを行なう。また、このカセ
ット室１７０には、室内に不活性ガス、例えばＮ₂ ガス
を供給するＮ₂ ガス供給系１７６が接続されると共に図
示しない真空ポンプを介設した真空排気系１７８が接続
される。このカセット室１７０は、図示例では１つだけ
設けているが、未処理ウエハを収容するカセット室と、
処理済みウエハを収容するカセット室の２つを独立させ
て設けるようにしてもよい。また、上記共通搬送室１６
８は内には、回転及び屈伸可能になされた多関節アーム
よりなる搬送手段１８０が設けられており、このアーム
１８０を回転及び屈伸させることにより、各炉内及びこ
れらとカセット室間とのウエハＷの搬入・搬出を行ない
得るようになっている。この共通搬送室１６８にも、不
活性ガス、例えばＮ₂ ガスを供給するＮ₂ ガス供給系１
８２及び真空ポンプを介設した真空排気系１８４がそれ
ぞれ接続されている。

【００４６】上記各成膜処理炉１６４は、ウエハに対し
て金属膜或いは金属含有膜を形成するための装置であ
り、それぞれ図１に示す成膜・熱処理装置と同様に構成
されているので、ここではその説明を省略する。図５に
示すようにこの熱処理炉１６６はアニールやリフローな
どの熱処理を行なう処理炉であり、この熱処理炉は、図
１に示す成膜・熱処理装置と略同様に構成されるので、
これと同一部分については同一符号を付して説明を省略
するが、処理ガスを流す必要がないことから、これに関
連する部材を設けていない。すなわち、処理ガスを供給
する必要がないことから処理容器１０の天井部にはシャ
ワーヘッド部３８（図１参照）を設けておらず、その代
わりに熱処理時に必要に応じて不活性ガス、例えばＨｅ
ガスを容器１０内へ供給できるようにガスノズル１８６
を設けてあり、このノズル１８６は、途中にマスフロー
コントローラ１８８及び開閉弁１９０を介設したガス供
給通路１９２を介して、例えばＨｅガスを貯留する不活
性ガス源１９４に接続されている。また、ここでは成膜
用の処理ガスを使用しないことから、載置台１２の裏面
側に処理ガスが侵入して載置台１２の裏面や透過窓１８
の内側面に熱効率を低下させる成膜が付着する恐れも生
じないことから、載置台１２の裏面側にバックサイドガ
スを供給する噴射ノズル１００、ガス整流板２２（図１
参照）等も設ける必要がない。この熱処理炉において
も、プロセス温度までの高速昇温を可能とするために加
熱ランプ２６を有する加熱ランプ手段２８が採用されて
いる。

【００４７】次に以上のように構成された第３の発明の
動作について説明する。まず、カセット室１７０を共通
搬送室１６８と同圧になるまで真空引きし、同圧になっ
たならばゲートバルブＧ４を開いてカセット室１７０内
のカセット１７２に収容してある未処理のウエハＷを多
関節アームの搬送手段１８０により取り出し、これをい
ずれか一方の成膜処理炉１６４内に搬入する。ウエハの
搬入が終了したならば、共通搬送室１６８との間に設け
たゲートバルブＧ１或いはＧ２を閉じ、成膜処理を開始
する。ここでの成膜処理は、第１の発明において説明し
たと全く同様な操作を行ない、例えば処理ガスとしてＤ
ＭＡＨの気化ガスを供給しつつプロセス温度２００℃、
プロセス圧力２Ｔｏｒｒ程度を維持しつつ金属アルミニ
ウム膜の成膜を行なう。成膜処理炉での成膜処理が終了
したならば、成膜済みのウエハＷを、予め真空状態にな
された共通搬送室１６８内の搬送手段１８０を用いて成
膜処理炉から取り出し、これを図５に示す熱処理炉１６
６内へ導入し、載置台１２上に保持する。

【００４８】熱処理炉１６６においては、処理容器１０
内を例えば真空に或いは不活性ガスの常圧に維持した状
態で加熱ランプ手段２８を駆動して加熱ランプ２６に通
電することにより、ウエハＷをランプ加熱し、この熱処
理を行なう。尚、ウエハ搬入前に予め熱処理温度に載置
台を加熱しておいてもよい。この熱処理条件も、図１に
示す第１の発明の場合と同様であり、プロセス温度に関
しては例えばアニールの場合には４００℃程度であり、
リフローの場合には５００℃程度である。このようにし
て熱処理が終了したならば、処理済みのウエハＷを共通
搬送室１６８を介してカセット室１７０内に収容すれば
よい。尚、一方の成膜処理炉１６４へのウエハの搬入が
終了したならば、他方の成膜処理炉１６４へのウエハの
搬入を行ない、時間遅れで順次成膜処理を行なってスル
ープットを向上させる。また、各処理炉の数量は、上記
したものに限定されず、適宜増減するようにしてもよ
い。

【００４９】このように第３の発明においては、成膜処
理を行なう成膜処理炉と熱処理を行なう熱処理炉とを真
空状態に維持した共通搬送室で連絡して、この共通搬送
室を介してウエハを一方の炉から他方の炉へ搬送するよ
うにしたので、ウエハを大気中に晒すことなく搬送する
ことができ、第１の発明と同様にウエハに自然酸化膜や
パーティクルが付着することを防止することが可能とな
る。この実施例では、熱処理炉１６６としてランプ加熱
による枚葉式の熱処理炉を例にとって説明したが、ラン
プ加熱に限定されず、例えば第２の発明にて用いた抵抗
発熱体を用いてもよいし、また、枚葉式に限らず、複数
枚のウエハを同時に処理する、いわゆるバッチ式の熱処
理炉を採用してもよい。また、成膜処理炉として、ラン
プ加熱の成膜処理炉の他に、抵抗加熱式の成膜処理炉、
プラズマＣＶＤによる成膜処理炉等を用いてもよいのは
勿論である。尚、上記各説明においては、被処理体とし
て半導体ウエハに成膜する場合を例にとって説明した
が、これに限定されず、例えばＬＣＤ基板やガラス基板
に成膜する場合にも適用できるのは勿論である。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜・熱
処理装置によれば次のように優れた作用効果を発揮する
ことができる。第１の発明によれば、高速昇温が可能な
加熱ランプ手段の発熱量を切り替えて成膜処理と熱処理
とを行なうようにしたので、同一の処理容器内で成膜処
理と熱処理を時間的なロスをほとんど生ずることなく連
続的に行なうことができる。従って、成膜処理から熱処
理へ移行する時に被処理体を大気中に晒すことがなく、
これに自然酸化膜やパーティクルが付着することを防止
でき、しかも、スループットを向上させることができ
る。また、１つの処理装置にて２種類の処理を行なうこ
ととしているので、その分、装置台数を少なくでき、設
備費を削減することができる。第２の発明によれば、１
つの処理容器に第１の加熱手段と第２の加熱手段を設け
て、第１の加熱手段で成膜温度に加熱して成膜処理を行
ない、その後、第２の加熱手段で予め酸化処理温度に加
熱された領域に被処理体を直ちに移動させて熱処理を行
なうようにしたので、第１の発明と同様に同一の処理容
器内で成膜処理と熱処理を時間的なロスをほとんど生ず
ることなく連続的に行なうことができる。従って、成膜
処理から熱処理へ移行する時に被処理体を大気中に晒す
ことがなく、これに自然酸化膜やパーティクルが付着す
ることを防止でき、しかも、スループットを向上させる
ことができる。また、１つの処理装置にて２種類の処理
を行なうこととしているので、その分、装置台数を少な
くでき、設備費を削減することができる。第３の発明に
よれば、成膜処理炉と熱処理炉とを真空引き可能な共通
搬送室で連絡するようにしたので、第１の発明と同様
に、成膜処理から熱処理へ移行する時に被処理体を大気
中に晒すことがなく、これに自然酸化膜やパーティクル
が付着することを防止でき、しかもスループットを向上
させることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明に係る成膜・熱処理装置を示す全体
構成図である。

【図２】第２の発明に係る成膜・熱処理装置を示す全体
構成図である。

【図３】シャッタ板の動作を示す動作説明図である。

【図４】第３の発明に係る成膜・熱処理装置を示す概略
平面図である。

【図５】熱処理を行なう熱処理炉を示す全体構成図であ
る。

【図６】リフロー処理を示す説明図である。

【符号の説明】

８成膜・熱処理装置１０処理容器１２載置台１８透過窓２６加熱ランプ２８加熱ランプ手段３８シャワーヘッド部（処理ガス供給手段）４８ガス供給通路５０ＤＭＡＨ５２原料液タンク１１４Ａ成膜エリア１１４Ｂ熱処理エリア１１７載置台１１９処理ガス供給部１２２面状発熱体（第１の加熱手段）１３０筒体状発熱体（第２の加熱手段）１４８支持ロッド１５８昇降移動機構１６４成膜処理炉１６６熱処理炉１６８共通搬送室１７０カセット室１８０搬送手段Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/324 Ｈ０１Ｌ 21/26 Ｌ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空引き可能になされた処理容器と、こ
の処理容器内に設けられて、被処理体を載置保持するた
めの載置台と、前記処理容器内に成膜用の処理ガスを供
給するための処理ガス供給手段と、前記被処理体に金属
膜或いは金属含有膜を形成するために前記被処理体を成
膜温度に加熱した後に前記膜に対して熱処理を施すため
に前記成膜温度よりも高い熱処理温度に前記被処理体を
加熱する加熱ランプ手段とを備えるように構成したこと
を特徴とする成膜・熱処理装置。
【請求項２】前記熱処理は、アニール処理またはリフ
ロー処理を含むことを特徴とする請求項１記載の成膜・
熱処理装置。
【請求項３】前記膜は、金属アルミニウム膜であり、
前記成膜温度は１６０℃〜２５０℃の範囲内であり、前
記熱処理温度は４００℃〜８００℃の範囲内であること
を特徴とする請求項１または２記載の成膜・熱処理装
置。
【請求項４】真空引き可能になされた筒体状の処理容
器と、この処理容器内に設けられ、被処理体を載置保持
する載置台と、この載置台を前記処理容器の高さ方向に
沿って昇降移動させる昇降移動機構と、前記処理容器内
に成膜用の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記
被処理体を成膜温度に加熱して金属膜或いは金属含有膜
を形成するための第１の加熱手段と、この第１の加熱手
段から離れた位置に設けられ、前記膜に対して熱処理を
施すために前記被処理体を前記成膜温度よりも高い熱処
理温度に加熱する第２の加熱手段とを備えたことを特徴
とする成膜・熱処理装置
【請求項５】前記熱処理は、アニール処理またはリフ
ロー処理を含むことを特徴とする請求項４記載の成膜・
熱処理装置。
【請求項６】前記膜は、金属アルミニウム膜であり、
前記成膜温度は１６０℃〜２５０℃の範囲内であり、前
記熱処理温度は４００℃〜８００℃の範囲内であること
を特徴とする請求項４または５記載の成膜・熱処理装置
【請求項７】被処理体に金属膜或いは金属含有膜を形
成する枚葉式の成膜処理炉と、この成膜処理炉にて成膜
の施された前記被処理体に対して熱処理を施すための熱
処理炉と、内部に被処理体を搬送するための搬送手段を
有して前記成膜処理炉と前記熱処理炉とに共通に接続さ
れた真空引き可能な共通搬送室とを備えることを特徴と
する成膜・熱処理装置。
【請求項８】前記成膜処理炉は、前記被処理体に対し
て金属アルミニウムの成膜を施すことを特徴とする請求
項７記載の成膜・熱処理装置。
【請求項９】前記熱処理は、アニール処理またはリフロ
ー処理を含む特徴とする請求項７または８記載の成膜・
熱処理装置。